Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb

1 Geschichtliche Entwicklung der Hubkolben-Verbrennungsmotoren.- 1.1 Allgemeine Entwicklung.- 1.2 Die Entwicklung des Dieselmotors.- 2 Arbeitsverfahren der Dieselmotoren.- 2.1 Viertaktspiel.- 2.1.1 Ansaughub.- 2.1.2 Verdichtungshub.- 2.1.3 Arbeitshub.- 2.1.4 Ausschubhub.- 2.2 Zweitaktspiel.- 2.2.1 Spülung und Verdichtung.- 2.2.2 Arbeits- und Ausschubtakt.- 2.3 Druck- und Temperaturverlauf beim Zweitakt und Viertaktspiel für Dieselmotoren ohne Aufladung.- 2.4 Aufladung.- 2.4.1 Abgasturbolader.- 2.4.2 Aufladung von Viertaktmotoren.- 2.4.2.1 Stoßbetrieb.- 2.4.2.2 Stau- oder Gleichdruckbetrieb.- 2.4.2.3 Aufladesysteme für Hochaufladung.- 2.4.2.3.1 Stoßaufladung mit Drei-Zylinder-Gruppen (Dreistoßaufladung).- 2.4.2.3.2 Stoßaufladung mit 2 oder 1 Zylinder pro Turbineneintritt (Zweistoß- oder Einstoßaufladung).- 2.4.2.3.3 Stoßaufladung mit 4 Zylindern pro Turbineneintritt (Vierstoßaufladung).- 2.4.2.3.4 Das Pulse-Converter-System.- 2.4.2.3.5 Das Multistoß-System.- 2.4.2.3.6 Die Gleichdruckaufladung.- 2.4.3 Aufladung von Zweitakt-Dieselmotoren.- 2.4.3.1 Art der Ausnutzung der Abgasenergie.- 2.4.3.1.1 Der Stoßbetrieb.- 2.4.3.1.2 Stau- oder Gleichdruckbetrieb.- 2.4.3.2 Die Beschaffung der Spülluft.- 2.4.3.2.1 Serienbetrieb.- 2.4.3.2.2 Parallelbetrieb.- 3 Bauarten der Dieselmotoren.- 3.1 Normen.- 3.2 Motoren für allgemeine Verwendung.- 3.3 Schiffsmotoren.- 4 Energieumsetzung im Dieselmotor.- 4.1 Thermodynamische Grundlagen.- 4.1.1 Der ,,vollkommene" Motor.- 4.1.1.1 Definition des vollkommenen Motors.- 4.1.1.2 Das Gleichraumverfahren.- 4.1.1.3 Das Gleichdruckverfahren.- 4.1.1.4 Der Seiliger-Prozeß.- 4.1.1.5 Zusammenstellung der Zustandsänderungen.- 4.1.1.6 Prozesse mit vollständiger Expansion und Weiterentwicklung.- 4.1.2 Der ,,wirkliche" Motor.- 4.1.2.1 Die ,,innere oder indizierte" Arbeit.- 4.1.2.2 Der Ansaughub.- 4.1.2.3 Der Kompressionshub.- 4.1.2.4 Der Verbrennungs- und Expansionshub.- 4.1.2.5 Der Auspuffhub.- 4.1.2.6 Zusammenfassung.- 4.1.3 Wirkungsgrade.- 4.1.3.1 Der Gütegrad ?g.- 4.1.3.2 Der innere oder indizierte Wirkungsgrad ?i.- 4.1.3.3 Die effektive oder Nutzarbeit und die Leistungen.- 4.1.3.4 Der mechanische Wirkungsgrad ?m.- 4.1.3.5 Der effektive Wirkungsgrad (Nutzwirkungsgrad) ?e.- 4.1.4 Der Kraftstoffverbrauch.- 4.1.5 Beziehungen zwischen ?m, B und be bei verschiedenen Belastungen bei stationären Maschinen (n = konst.).- 4.1.6 Verhalten des Motors bei Schraubenantrieb.- 4.1.7 Literleistung und Leistungsmasse.- 4.1.8 Mittlere Kolbengeschwindigkeit.- 4.1.9 Die Wärmebilanz.- 4.1.9.1 Rohbüanz.- 4.1.9.2 Wärmeschaubilder.- 4.1.9.3 Feinbüanz.- 4.1.9.4 Einige Daten über die Wärme Verteilung in modernen Dieselmotoren.- 4.2 Motorische Verbrennung.- 4.2.1 Heiz- und Einspritzgesetz.- 4.2.2 Gemischbildung.- 4.2.3 Entwicklung der Einspritzverfahren.- 4.2.4 Spülverfahren in Zweitaktmotoren.- 4.2.4.1 Spülverfahren.- 4.2.4.2 Gleichstromspülung.- 4.2.4.3 Querstromspülung.- 4.2.4.4 Umkehrspülung.- 4.2.5 Spülverfahren für 4-Takt-Dieselmotoren.- 4.3 Kenngrößen in Diagrammen und Motorcharakteristiken.- 4.3.1 Kennlinien.- 4.3.2 Kennflächen (Kennlinienfelder).- 4.3.3 Wärmedaten von Motoren.- 4.4 Auslegung von Dieselmotoren.- 4.4.1 Auslegung von ortsfesten Dieselmotoren.- 4.4.2 Auslegung von Schiffsantriebsmotoren.- 4.4.2.1 Allgemeine Auslegungsgesichtspunkte.- 4.4.2.2 Auslegungsbeispiel nach [4.9].- 5 Gestaltung von Motoren.- 5.1 Äußerer Aufbau.- 5.1.1 Motorengestell -- Motorengehäuse.- 5.1.2 Zylinderdeckel -- Zylinderköpfe.- 5.1.3 Laufbuchsen.- 5.2 Triebwerk.- 5.3 Massenausgleich.- 5.4 Drehschwingungen.- 5.5 Motorensteuerung.- 5.5.1 Steuerungseinrichtungen und Steuerung des Gaswechsels bei Vier- und Zweitaktmotoren.- 5.5.1.1 Konstruktive Ausbildung der Ventilantriebe.- 5.5.1.2 Ventile.- 5.5.1.2.1 Einlaßventil.- 5.5.1.2.2 Auslaßventil.- 5.5.1.2.3 Einstellung der Ventilsteuerung.- 5.5.2 Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Steuerung bzw. Regelung des Einspritzvorganges.- 5.5.2.1 Einspritzung.- 5.5.2.1.1 Aufbau und Wirkungsweise der Einspritzventile.- 5.5.2.1.2 Direkteinspritzung (Strahlzerstäubung).- 5.5.2.1.3 Vorkammerverfahren.- 5.5.2.1.4 Einspritzverfahren und Unterteilung des Verbrennungsraumes bei Kleindieselmotoren.- 5.5.2.2 Kraftstoffpumpen.- 5.5.2.2.1 Kraftstoffpumpen mit Überströmregelung.- 5.5.2.2.2 Drehkolbenpumpen mit Schrägkantenregelung.- 5.5.2.2.3 Verstellung des Voreinspritzwinkels.- 5.5.2.2.4 Einstellung und Überprüfung der Einspritzpumpen.- 5.5.2.2.5 Elektronische Einspritzung.- 5.5.2.2.6 Zündfolge.- 5.5.3 Anlaßvorrichtungen und Steuerung des Anlaßvorganges.- 5.5.3.1 Anlaßverfahren.- 5.5.3.2 Anlassen mit Druckluft.- 5.5.3.3 Anlaßvorrichtungen.- 5.5.3.4 Überwachung und Wartung der Anlaßvorrichtungen.- 5.5.4 Umsteuerung und Manöveriereinrichtungen.- 5.5.4.1 Ausführungen von UmSteuereinrichtungen.- 5.5.4.2 Manöveriereinrichtungen.- 5.5.4.2.1 Sicherheitsregler.- 5.5.4.2.2 Servomotor.- 5.5.4.2.3 Wartung.- 5.5.5 Sicherheitsventile am Zylinder.- 5.6 Fundamentgestaltung.- 5.6.1 Allgemeines.- 5.6.2 Ausführung der Schiffsmotorenfundamente nach [5.7].- 5.6.1.1 Durchbiegungen des Motorenfundaments.- 5.6.1.2 Biegeschwingungen des Motorenfundaments.- 5.6.1.3 Aufstellung der Motoren in Schiffen.- 5.6.1.4 Befestigung des Motors auf dem schiffbaulichen Fundament.- 6 Betrieb von Dieselmotoren.- 6.1 Kraftstoff -- Kraftstoffsysteme.- 6.1.1 Kraftstoffe.- 6.1.1.1 Herkunft -- Herstellung.- 6.1.1.1.1 Kettenförmige Struktur.- 6.1.1.1.2 Ringförmige Struktur.- 6.1.1.1.3 Kohlehydrierung.- 6.1.1.1.4 Fördergebiete.- 6.1.1.1.5 Rohölverarbeitung.- 6.1.1.1.6 Bezeichnung der Kraftstoffe -- Normung in Deutschland.- 6.1.1.1.7 Umstellung auf SI-Einheiten in der Schiffahrt.- 6.1.1.1.8 Schiffahrtsbrennstoffe.- 6.1.1.1.9 Spezifikationen (ASTM-BS-Hersteller).- 6.1.1.1.10 Zukünftige Entwicklungen auf dem Brennstoffmarkt für die Schiffahrt.- 6.1.1.2 Untersuchung von Kraftstoffen.- 6.1.1.2.1 Entnahme von Kraftstoff- und Schmierölproben.- 6.1.1.2.2 Dichte und Heizwert.- 6.1.1.2.3 Viskosität.- 6.1.1.2.4 Flammpunkt.- 6.1.1.2.5 Brennpunkt.- 6.1.1.2.6 Cetan-Zahl und Dieselindex, Zündpunkt.- 6.1.1.2.7 Siedeverhalten.- 6.1.1.2.8 Koks und Asche.- 6.1.1.2.9 Mechanische Beimengungen.- 6.1.1.2.10 Wassergehalt.- 6.1.1.2.11 Säuregehalt (Xylod-Methode).- 6.1.1.2.12 Schwefelgehalt.- 6.1.2 Unterbringung und Behandlung von Kraftstoffen.- 6.1.2.1 Gestaltung, Anordnung und Wartung der Kraftstofftanks.- 6.1.2.2 Vorrichtungen zur Kraftstoffreinigung: Wirkungsweise und Wartung.- 6.1.2.2.1 Separatoren.- 6.1.2.2.2 Filter.- 6.1.2.3 Beispiel für Kraftstoffsystem eines Mittelschnelläufers mit Schwerölbetrieb.- 6.1.2.4 Beispiel für Kraftstoffsystem eines Großdieselmotors (Zweitaktkreuzkopf).- 6.2 Schmieröl -- Schmierölsysteme.- 6.2.1 Schmieröl.- 6.2.1.1 Schmierung.- 6.2.1.2 Schmierung der Dieselmotoren.- 6.2.1.2.1 Schmieröle.- 6.2.1.2.2 Verhalten des Schmieröles im Betrieb.- 6.2.1.2.3 HD-Öle -- Einphasenöle.- 6.2.1.3 Die Untersuchung der Schmieröle.- 6.2.1.3.1 Dichte.- 6.2.1.3.2 Flammpunkt und Brennpunkt.- 6.2.1.3.3 Neutralisationszahl -- Total acid Number (TAN) (nicht für HD-Öle).- 6.2.1.3.4 Total Base Nummer (TBN) (nur für HD-Öle).- 6.2.1.3.5 Verseifungszahl.- 6.2.1.3.6 Esterzahl.- 6.2.1.3.7 Aschezahl.- 6.2.1.3.8 Koks (wenig angewandt).- 6.2.1.3.9 Stockpunkt.- 6.2.1.3.10 Viskosität.- 6.2.1.3.11 m-Wert.- 6.2.1.3.12 Viskositätspolhöhe VP.- 6.2.1.3.13 Viskositätsindex VI.- 6.2.1.3.14 Wassergehalt.- 6.2.2 Schmierölsysteme.- 6.2.2.1 Die Schmierung kleiner und mittlerer Motoren.- 6.2.2.2 Die Schmierung großer Motoren.- 6.3 Kühlung der Dieselmotoren.- 6.3.1 Kühlmittel und Kühlmittelaufbereitung.- 6.3.2 Kühlungssysteme.- 6.4 Anlassen und Anlaßluftsysteme.- 6.4.1 Anlassen mit Druckluft.- 6.4.2 Anlaßluftsystem.- 6.5 Betriebsklarmachen.- 6.5.1 Schmierung.- 6.5.2 Kühlung.- 6.5.3 Kraftstoffversorgung.- 6.5.4 Druckluftversorgung.- 6.5.5 Unfallverhütung.- 6.6 Überwachung der motorischen Kenngrößen.- 6.6.1 Überprüfung der Arbeitsweise des Motors durch Indizieren.- 6.6.1.1 Automatische Überwachung von Zünddruck, mittlerem Druck und Leistung.- 6.6.1.2 Indikatoren.- 6.6.1.3 Indikatordiagramme.- 6.6.1.3.1 Verdichtungsdiagramme.- 6.6.1.3.2 Leerlaufdiagramme.- 6.6.1.3.3 Anfahrdiagramme.- 6.6.1.3.4 Normale und versetzte Arbeitsdiagramme.- 6.6.1.3.5 Schwachfederdiagramme.- 6.6.1.3.6 Regeldiagramme.- 6.6.1.3.7 Offene Arbeitsdiagramme.- 6.6.1.4 Deutung von Unregelmäßigkeiten in den Diagrammen.- 6.6.1.4.1 Frühzündung.- 6.6.1.4.2 Spätzündung.- 6.6.1.4.3 Überprüfung des Zündzeitpunktes.- 6.6.1.4.4 Düsenverschmutzung und Verhalten bei Verwendung von Teeröl.- 6.6.1.4.5 Unregelmäßigkeiten im Niederdruckbereich.- 6.6.2 Ermittlung der Betriebsdaten.- 6.6.2.1 Leistungsermittlung.- 6.6.2.1.1 Mittlerer indizierter Druck, indizierte Leistung.- 6.6.2.1.2 Effektive Leistung, mittlerer effektiver Druck.- 6.6.2.2 Der spezifische Kraftstoffverbrauch.- 6.7 Automation im Motorenbetrieb.- 6.8 Besondere Betriebszustände.- 6.8.1 Überwachung von Kurbelwellen-(Grund-)lagern.- 6.8.2 Schwerölbetrieb-Empfehlungen von SEMT-Pielstick.- 6.8.3 Parallelbetrieb von Mehrmotoren-Anlagen.- 6.8.4 Gleitlagerschäden.- 6.8.4.1 Einleitung.- 6.8.4.2 Gleitlagerverhalten.- 6.8.4.3 Veränderungen am Lager.- 6.8.4.4 Filterung des Schmieröls.- 6.8.4.5 Revision von Lagern.- 6.8.4.6 Hypothese.- 6.8.4.7 Maßnahmen zur Verringerung des Risikos.- 6.8.5 Hinweise für den schadenfreien Betrieb von Dieselmotoren nach Aüianz-Merkblatt Nr. 7, Ausgabe 1981.- 6.8.5.1 Maßnahmen bei Anlieferung des Motors.- 6.8.5.2 Zwischenlagerung des Motors bis zum Einbau.- 6.8.5.3 Aufstellung bzw. Einbau des Motors.- 6.8.5.4 Vorbereitung zur Inbetriebnahme.- 6.8.5.4.1 Kraftstoffanlage.- 6.8.5.4.2 Schmieranlage.- 6.8.5.4.3 Kühlanlage.- 6.8.5.4.4 Steuerung und Regelung.- 6.8.5.4.5 Anlaßanlage.- 6.8.5.4.6 Prüfung nach kurzer Betriebsunterbrechung.- 6.8.5.5 Probelauf.- 6.8.5.5.1 Kleinere Motoren.- 6.8.5.5.2 Größere Motoren.- 6.8.5.5.3 Während des Probelaufs beachten.- 6.8.5.5.4 Während des Betriebes beachten.- 6.8.5.5.5 Während des Abstellens beachten.- 6.8.5.6 Schadenverhütung durch Beachtung anomaler Betriebszustände.- 6.8.5.7 Schadenverhütung durch Wartung.- 6.8.5.7.1 Planmäßige Wartung.- 6.8.5.7.2 Außerplanmäßige Wartung.- 6.8.5.8 Schadenverhütung durch Reinigen.- 6.8.5.8.1 Äußere Reinigung.- 6.8.5.8.2 Innere Reinigung.- 6.8.5.9 Schadenverhütung durch Konservieren.- 6.8.5.9.1 Vor kürzerem Stillstand (einige Wochen).- 6.8.5.9.2 Vor längerem Stillstand (Winterpause).- 6.8.5.9.3 Entkonservieren.- 7 Instandhaltung von Dieselmotoren.- 7.1 Instandhaltung -- Gliederung.- 7.2 Instandhaltungspläne.- 7.3 Wartungshinweise für einfache Motorenanlagen.- 7.3.1 Unregelmäßigkeiten im Betrieb.- 7.3.1.1 Rauchende Verbrennung.- 7.3.1.2 Leistungsabfall.- 7.3.1.3 Schäden und Störungen im Kühlsystem.- 7.3.1.4 Klopfen des Motors.- 8 Kraftwerksanlagen.- 8.1 Bauplanung -- Umwelt.- 8.2 Fundamentierung.- 8.3 Kühlung.- 8.4 Abwärmeverwertung.- 9 Schiffsantriebsanlagen.- 9.1 Zusammenwirken von Motor, Propeller und Schiff.- 9.2 Abwärmeverwertung und E-Bedarfsdeckung.- 9.3 Schiffsgetriebe und Kupplungen.- Sachwortverzeichnis.